过热蒸汽干燥技术

11.5.2过热蒸汽干燥技术

过热蒸汽干燥（Superheated Steam Drying)是一项最近发展起来新技术, 它是指利用过热蒸汽直接与被干物料接触而去除水分一个干燥方法。与传统热风干燥相比, 过热蒸汽干燥以水蒸气作为干燥介质, 干燥机排出废气全部是蒸汽, 利用冷凝方法能够回收蒸汽潜热再加以利用, 所以热效率较高。而且因为水蒸气热容量要比空气大1倍, 干燥介质消耗量显著降低, 故单位热耗低。据相关资料显示, 过热蒸汽干燥单位热耗仅为一般热风干燥热耗1/3,是一个很有发展前景干燥新技术。

多年来, 美国、加拿大、德国、日本、新西兰、丹麦和英国等发达国家, 过热蒸汽干燥技术用于烘干木材及木头压块、煤炭、纸张、甜菜渣、陶瓷、蚕茧糟、牧草、鱼骨和鱼肉、蔬菜、食品以及城市废异物考多个物料。在中国, 过热蒸汽干燥技术应用还不广泛, 所以, 这一技术推广应用, 对提升干燥效率, 降低干燥能耗, 降低环境污染含相关键意义。

11. 5. 2. 1过热蒸汽干燥基础原理

过热蒸汽干燥过程中, 并不改变干燥过程通常特征, 过热蒸汽干燥恒速干燥段, 热传输和热风干燥一样是经过蒸汽膜到被干燥湿物料表面, 其驱动力仍然是过热蒸汽流与湿表面温度差。与热风干燥不一样是湿表面温度不是湿球温度而是介质对应压力下沸点温度。

与一般热风干燥不一样, 过热蒸汽干燥用蒸汽作为干燥介质,传质阻力小, 无表面结壳现象,物料温度达成对应压力下沸点温度, 介质和物料平衡水分较低。

水分在千空气、湿空气和过热蒸汽中蒸发,在相同温度和流体条件下存在一个转折点, 当温度低于此转折点时, 在空气中干得快, 当温度高于此转折点时, 在过热蒸汽中干得快。该转折点称为逆转点。

11.5.2.2过热蒸汽干燥设备

根据过热蒸汽干燥操作压力可将其分为真空（低压）干燥机、常压干燥机和高压干燥机。根据过热蒸汽干燥机结构形式又可将其分为过热蒸汽流化床干燥机、管式过热蒸汽干燥机、带式过热蒸汽干燥机等。下面简明介绍2种可用于包装材料和包装辅助材料干燥过

热蒸汽干燥机。

1)带式过热蒸汽干燥机

这种带式过热蒸汽干燥机尤其适合于烘干易爆炸起火和氧化物料, 所以,南非于1985年建立了第一台工业用过热蒸汽干燥机,用于烘干活性炭颗粒, 生产率为kg/ h,活性炭水分从50%降低到2%。该机工艺步骤图如图11-20所表示, 先将性炭粉碎并与黏合剂混合,再丸粒化成圆柱形颗粒,直径为3mm~8mm,长度为直径2倍, 用一个带式输送机将活性炭颗粒送人干燥机,在机内直接用过热蒸汽进行干燥, 它实际上是一个流化床干燥机, 机宽0.8m,机长 4. 8m,首先将活性炭烘到8%水分,然后进入真空室, 最终干燥到2%水分。

干燥机开始工作时先用热空气, 当循环空气相对湿度达成饱和时（即全为蒸汽时）, 开始通人蒸汽, 3个风机均可独立进行调整, 调整标准是喂入端风量大, 排料端因为物料较干风量能够小部分。该设备包含一个油炉,油炉产生烟道气用于加热蒸汽,进入干燥机蒸汽温度为300℃: , 排出废汽温度为156℃。

2)常压过热蒸汽干燥机

该机干燥工作步骤如图11-21所表示, 常压过热蒸汽利用风机沿换热器和干燥机进行循环,在干燥室内,湿物料水分被蒸发并被过热蒸汽带走,从干燥室排出蒸汽,一部分需要排出机外,其量等于物料蒸发水分。这部分蒸汽可经过冷凝将其潜热回收。该系统采取天然气作为热源对蒸汽进行加热, 同时采取锅炉来提供压力蒸汽,也能够采取使蒸汽加压措施来改善传热性能,同时也能够缩小设备尺寸。

11.5.2.3过热蒸汽干燥特点

(1)节能效果显著。利用过热蒸汽作干燥介质节能效果已被很多学者所证实。与一般滚筒干燥相比,商业用压力流化床过热蒸汽干燥机用于颗粒或浆状物料干燥时, 节能达90% ,且无污染,产品质置也得到改善。传统干燥机利用大量热风带走从被干燥物料蒸发水, 排出废气中包含大量蒸汽潜热,极难回收,大多数工厂不能利用这部分废热。而采取过热汽十燥,排出废汽仍然是水蒸汽,温度保持在100℃以上,可经过冷凝、压缩和多级干燥回收其潜热。所以, 过热蒸汽干燥因为余热回收利用,热效率非常髙,同时, 废气热损失为零。

(2)干燥产品质量好。采取过热蒸汽干燥另一个关键原因是产品质量得到显著地改善。一般热风干燥时大多数物料表面会形成硬壳,而过热蒸汽干燥所用关键是蒸汽, 物料表面无硬化现象,不会氧化褐变,收缩较小, 故干燥品质很好。

(3)传热传质效率髙。过热蒸汽有较高传热系数用过热蒸汽干燥, 因为整个环境仅有一个气体成份存在, 水分从物料表面蒸发移动不是经过质扩散,而是以液流压力差产生体积流作动力, 所以, 在实际过程中从颗粒表面移去蒸汽阻力能够忽略。说明过热蒸汽干燥无气膜传质阻力。

(4)安全性好。过热蒸汽干燥因为无空气存在,没有氧化和燃烧反应。所以,对于煤炭和其她可燃物料无爆炸起火危险。对部分不能用热风干燥物料,能够用过热蒸汽干燥。

(5)过热蒸汽干燥有利于保护环境。伴随社会发展, 大家越来越认识到控制环境关键性。过热蒸汽干燥是在密封条件下进行,对于部分物料干燥不会对环境造成污染。比如,用过热蒸汽干燥纸浆能够降低C0₂和琉化物排放量, 使空气中粉尘含量大大降低。

(6)过热蒸汽含有灭菌消毐作用。过热蒸汽干燥工作时物料温度超出100℃,在这么温度下对于部分要求灭菌包装材料不仅能干燥,且能起到灭菌作用。

同时, 过热蒸汽干燥也存在部分不足之处。

(1)过热蒸汽干燥设备投资大。从原理上讲,任何用于热风干燥干燥机, 均可改为用过热蒸汽作用干燥机。然而,因为采取过热蒸汽干燥时不能有气体泄漏, 喂料和卸料不能有空气渗人, 需要复杂喂人系统和产品搜集系统,有时还有废气回收系统。所以,设备费用高。

(2)过热蒸汽干燥喂料易产生结露现象。过热蒸汽干燥,温度超出100℃, 当喂人大气温度条件下物料时,在将其加热到蒸发温度过程中有时会有凝结现象产生,这就意味着干燥时间要加长以使凝结水分得以除去。

(3)过热蒸汽干燥不适合热敏性物料。因为过热蒸汽干燥时物料温度超出1001, 这对于部分热敏性物料是不宜。如在超出100℃条件下,有些物料易产生熔化,有些木材也产生不期望色变,使产品等级下降。

(4)过热蒸汽干燥不能取得较低湿含量。过热蒸汽干燥因为包含到被干燥物料和过热蒸汽平衡问题,在有些情况下对一些物料极难取得较低湿含量。